近日，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜花卉研究所百合課題組在百合花青素苷生物合成調(diào)控方面取得新進展。相關(guān)研究內(nèi)容“Multifaceted roles of LhWRKY44 in promoting anthocyanin accumulation in Asiatic hybrid lilies （Lilium spp.）”在線發(fā)表于《園藝研究（Horticulture Research）》（IF：8.7 Q1）上。

 

　　百合（Lilium spp.）擁有“球根花卉之王”的美譽，因花色豐富受到消費者的青睞。花青素苷是百合粉紅色、紫色等花色類型的主要呈色物質(zhì)，作為類黃酮物質(zhì)，賦予植物營養(yǎng)組織和生殖器官豐富的顏色，并保護植物免受環(huán)境脅迫下產(chǎn)生的活性氧的影響。花青素苷在空間和時間離散的積累導(dǎo)致百合花被片不同色素沉著模式的形成，這是由于空間調(diào)控的基因表達而產(chǎn)生的結(jié)果。在亞洲百合探戈系列中，花青素苷的特異性積累導(dǎo)致花被片基部產(chǎn)生飛濺型斑點因而形成雙色，其具體成色機理尚不清楚。

 

　　本研究通過前期亞洲百合探戈系列‘Tiny Padhye’的轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)篩選到一個WRKY家族差異表達基因LhWRKY44。qPCR分析表明LhWRKY44的表達趨勢與花青素苷的積累趨勢一致，進一步通過瞬時過表達和VIGS試驗確定LhWRKY44參與百合花青素苷合成的正向調(diào)控，該功能在煙草葉片和穩(wěn)定異源轉(zhuǎn)化的蘋果愈傷中也得到進一步驗證。EMSA、酵母單雜交和雙熒光酶試驗結(jié)果顯示LhWRKY44通過直接結(jié)合LhF3H和LhGST啟動子上的W-box激活其表達，進而促進花青素苷的積累。LhMYBSPLATTER、LhbHLH2和LhWDR是參與亞洲百合探戈系列花青素苷生物合成的MBW復(fù)合體，Y2H、BiFC、FLC和Co-IP試驗結(jié)果表明LhWRKY44能夠與LhMYBSPLATTER發(fā)生互作，進而增強MBW復(fù)合體的形成及MBW對花青素苷合成途徑結(jié)構(gòu)基因的激活。同時研究發(fā)現(xiàn)LhWRKY44也能夠與LhMYBSPLATTER啟動子結(jié)合并激活其表達，即揭示了一種新的WRKY-MBW雙重調(diào)控模式。

 

　　花青素苷在脅迫條件下通過為光合細胞提供光吸收屏障和清除活性氧發(fā)揮保護作用，其在植物營養(yǎng)組織中的積累受到內(nèi)部因素和外部環(huán)境因素的影響，如光、溫度、激素、糖等。因此，植物需要復(fù)雜的調(diào)節(jié)機制來確保花青素苷色素沉著的程度適合于無數(shù)的發(fā)育和環(huán)境信號。大量研究顯示，WRKY轉(zhuǎn)錄因子在抵御環(huán)境脅迫過程發(fā)揮重要作用。本研究發(fā)現(xiàn)，克隆得到的LhWRKY44的啟動子上存在大量的非生物脅迫響應(yīng)元件，其表達受到干旱脅迫處理的誘導(dǎo)，轉(zhuǎn)基因擬南芥及百合花被片均表現(xiàn)出對干旱脅迫的耐受性，進一步研究發(fā)現(xiàn)LhWRKY44參與了干旱誘導(dǎo)的百合花青素苷的合成并激活脅迫相關(guān)基因的表達。此外，LhWRKY44轉(zhuǎn)基因擬南芥表現(xiàn)出早花現(xiàn)象，表明LhWRKY44可能參與發(fā)育信號的調(diào)控。

 

　　綜上所述，該研究揭示了LhWRKY44通過多途徑調(diào)控百合花青素苷生物合成的作用機制，即一方面LhWRKY44通過直接調(diào)控花青素苷合成途徑相關(guān)基因促進花青素苷合成。另一方面LhWRKY44通過激活脅迫相關(guān)基因表達提高百合耐旱性，參與干旱誘導(dǎo)的百合花青素苷的合成。研究結(jié)果豐富了亞洲百合花青素苷合成的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，為百合花色分子育種提供了理論基礎(chǔ)。

 

　　該論文以中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜花卉研究所為第一完成單位和通訊單位。在讀博士生畢蒙蒙為該論文第一作者，明軍研究員和徐雷鋒副研究員為共同通訊作者。該項目得到國家自然科學(xué)基金（32172624，32172612，31672196）、國家重點研發(fā)計劃項目（2019YFD1001002）的資助。

　　原文鏈接：https://doi.org/10.1093/hr/uhad167